DE602004004286T2

DE602004004286T2 - Mikroporöses wärme- isolierendes material

Info

Publication number: DE602004004286T2
Application number: DE602004004286T
Authority: DE
Inventors: Mark Daniel Mortimer; Andrew James Flint Flintshire CAWLEY; Tony Michael Matthews
Original assignee: Microtherm Ltd
Current assignee: Promat Research And Technology Centre Nv Be
Priority date: 2003-10-02
Filing date: 2004-09-17
Publication date: 2007-06-14
Anticipated expiration: 2024-09-18
Also published as: DE602004004286D1; GB0323054D0; JP2007507414A; CA2534552A1; EP1663907A1; US20070003751A1; WO2005040063A1; EP1663907B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein mikroporöses thermisches Isoliermaterial.
Eine mikroporöse thermische Isolierung wird zum Beispiel in der US-A-2 808 338 beschrieben, die Folgendes umfasst: ein Verstärkungsgerüst aus feinen Stapelverstärkungsfilamenten, die organisch oder anorganisch sein können, eine wesentliche Menge und vorzugsweise wenigstens 45 Gew.-% eines partikulären Füllmaterials mit einer porösen oder fibrillären Struktur, wie Silika-Aerogel, und vorzugsweise eine wesentliche Menge fein verteilter Trübungsmaterialien. Es heißt, geeignete Verstärkungsfilamenten seien u.a. verschiedene Arten von Asbestfilamenten von Verstärkungsqualität, gereinigte Mineralfilamente, Glasfilamente mit feinem Durchmesser, vorzugsweise z.B. mit Säure vorbehandelt, um die Oberfläche anzurauen oder die Oberflächenhaftungseigenschaften anderweitig zu verbessern, und organische Filamente.
Zwar ist die Verwendung von mikroporösem thermischem Isoliermaterial, das ein Gemisch aus Metalloxid, Trübungsmittel und Verstärkungsfilamenten enthält, an sich bekannt, doch ist die maximale Gebrauchstemperatur eines solchen mikroporösen thermischen Isoliermaterials aufgrund einer übermäßigen Schrumpfung des Isoliermaterials, z.B. mehr als 3,5 Prozent der Abmessungen, die im Gebrauch der Breite und Länge entsprechen, und mehr als 15 Prozent in der Dicke, nach dem Erhitzen unter vollem Eintauchen bei Temperaturen über 1100 Grad Celsius über einen Zeitraum von 24 Stunden auf im Wesentlichen 1100 Grad Celsius begrenzt.
Eine Schrumpfung der Dicke eines mikroporösen thermischen Isoliermaterials kann in einem höheren Maße akzeptiert werden als eine Schrumpfung der Abmessungen, die beim Gebrauch der Breite und Länge entsprechen, und zwar aufgrund der Tatsache, dass, selbst wenn die Dicke einer Isolierschicht, die einen erforderlichen Bereich einer zu isolierenden Oberfläche bedeckt, bei Temperatur schrumpft, die Materialschicht weiterhin den Bereich zwischen der Wärmequelle und der gegenüber der Wärmequelle zu isolierenden Oberfläche bedeckt. Erst wenn es zu einer übermäßigen Schrumpfung der Dicke der Schicht aus mikroporösem thermischem Isoliermaterial kommt, reicht die Dicke nicht mehr aus, um die zu isolierende Oberfläche angemessen zu isolieren.
Eine relativ kleine Schrumpfungsmenge in der Breite und Länge einer Schicht aus mikroporösem thermischem Isoliermaterial führt jedoch dazu, dass der von der Isoliermaterialschicht bedeckte Bereich abnimmt. Die Abnahme des bedeckten Bereichs hat zur Folge, dass Regionen an den Rändern einer Isoliermaterialschicht oder zwischen nebeneinander liegenden Isoliermaterialschichten entstehen, durch die Wärme direkt auf die zu isolierende Oberfläche überfragen werden kann.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein mikroporöses thermisches Isoliermaterial bereitzustellen, das eine Gebrauchstemperatur von 1150 Grad Celsius oder höher hat.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein mikroporöses thermisch isolierendes Material bereitgestellt, das 40 bis 75 Gew.-% Aluminiumoxid, ein Zirconiumsilikattrübungsmittel und Filamente umfasst, ausgewählt aus Calciummagnesiumsilikatfilamenten, polykristallinen Aluminiumoxidfilamenten, Glasfilamenten und Gemischen davon, wobei die Glasfilamente einen Boroxidgehalt von weniger als 1 Gew.-% und einen kombinierten Natriumoxid- und Kaliumoxidgehalt von weniger als 1 Gew.-% haben.
Das Aluminiumoxid kann pyrogen sein.
Das thermisch isolierende Material kann Folgendes umfassen:
40 bis 75 Gew.-% Aluminiumoxid,
17,5 bis 60 Gew.-% Trübungsmittel und
0,5 bis 20 Gew.-% Filament.
Vorzugsweise kann das thermisch isolierende Material Folgendes umfassen:
40 bis 70 Gew.-% Aluminiumoxid,
25 bis 50 Gew.-% Trübungsmittel und
1 bis 10 Gew.-% Filament.
Bevorzugter kann das thermisch isolierende Material Folgendes umfassen:
50 bis 60 Gew.-% Aluminiumoxid,
25 bis 50 Gew.-% Trübungsmittel und
1 bis 10 Gew.-% Filament.
Die Glasfilamente können im Wesentlichen die folgende Zusammensetzung haben:

SiO₂ 64 bis 66 Gew.-%

Al₂O₂ 23 bis 26 Gew.-%

B₂O₃ weniger als 0,1 Gew.-%

MgO 9 bis 11 Gew.-%

CaO 0,1 bis 0,3 Gew.-%

Na₂O & K₂O weniger als 0,3 Gew.-%

Fe₂O₃ weniger als 0,3 Gew.-%
Die Glasfilamente können vorzugsweise S-Glasfilamente sein.
Die polykristallinen Aluminiumoxidfilamente können im Wesentlichen die folgende Zusammensetzung haben:

SiO₂ 3 bis 4 Gew.-%

Al₂O₃ 95 bis 96 Gew.-%

B₂O₃ 0,01 bis 0,06 Gew.-%

MgO 0,01 bis 0,03 Gew.-%

CaO 0,02 bis 0,04 Gew.-%

Na₂O & K₂O 0,25 bis 0,35 Gew.-%

Fe₂O₃ 0,02 bis 0,04 Gew.-%

Die Calciummagnesiumsilikatfilamente können im Wesentlichen die folgende Zusammensetzung haben:

SiO₂	50 bis 70 Gew.-%
Al₂O₃	0,05 bis 0,2 Gew.-%
B₂O₃	weniger als 0,07 Gew.-%
MgO	10 bis 20 Gew.-%
CaO	15 bis 25 Gew.-%
Na₂O & K₂O	weniger als 0,06 Gew.-%
Fe₂O₃	weniger als 0,1 Gew.-%

Das thermisch isolierende Material kann optional amorphes Siliziumoxid, z.B. pyrogenes Siliziumoxid, enthalten, das vorzugsweise parallel mit dem Aluminiumoxid abgeraucht wird. Das Gewichtsverhältnis zwischen Siliziumoxid und Aluminiumoxid kann im Bereich von 100 Teilen Aluminiumoxid zu 50 Teilen Siliziumoxid liegen. Vorzugsweise liegt das Gewichtsverhältnis zwischen Siliziumoxid und Aluminiumoxid im Bereich von 100 Teilen Aluminiumoxid zu 50 Teilen Siliziumoxid bis 100 Teile Aluminiumoxid zu 30 Teilen Siliziumoxid.
Für ein besseres Verständnis wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die folgenden Beispiele erläutert.
BEISPIEL 1 (KOMPARATIV)
Ein mikroporöses thermisches Isoliermaterial wurde durch Vermischen eines Gemischs aus 58,5 Gew.-% an pyrogenem Siliziumoxid von Degussa unter dem Warenzeichen AEROSIL A200, 38,5 Gew.-% eines partikulären Trübungsmittels in Form von Zirkoniumsilikat (ansonsten als Zirkon bekannt) von Eggerding und 3,0 Gew.-% S-Glasfilamente von Owens Corning unter dem Warenzeichen S-2 GLASS in einem Schaufelmischer hergestellt.
Das Siliziumoxid hatte einen nominellen spezifischen Oberflächenbereich von 200 m²/g laut Messung mit dem B.E.T-Verfahren. Das Zirkoniumsilikat hatte eine nominelle maximale Partikelgröße von 9 Mikron.
Das S-Glasfilament hatte eine Nennlänge von 6 mm und einen Nenndurchmesser von 9 Mikron und im Wesentlichen die folgende Zusammensetzung:

SiO₂ 64,41 Gew.-%

Al₂O₃ 23,88 Gew.-%

B₂O₃ 0,05 Gew.-%

MgO 9,94 Gew.-%

CaO 0,15 Gew.-%

Na₂O & K₂O 0,12 Gew.-%

Fe₂O₃ 0,05 Gew.-%

zusammen mit unwesentlichen Inhaltsstoffen und Unreinheiten.
Die Materialien wurden miteinander vermischt, um ein homogenes Gemisch zu erhalten.
Das Gemisch wurde zu einem Satz zylindrischer Blöcke verdichtet, jeweils mit einem Nenndurchmesser von 110 mm und einer Nenndicke von 25 mm, wobei die Blöcke eine Nenndichte von 320 kg/m² hatten und in einen vorgeheizten Ofen gegeben, auf eine Temperatur von 1100, 1150 und 1200 Grad Celsius über einen Zeitraum von 24 Stunden erhitzt und dann herausgenommen und abkühlen gelassen wurden.
Nachdem die Blöcke abgekühlt waren, stellte man fest, dass der auf 1100 Grad Celsius erhitzte Block um 5,44 Prozent in Durchmesserrichtung und um 29,50 Prozent in Dickenrichtung geschrumpft war, der auf 1150 Grad Celsius erhitzte Block um 28,85 Prozent in Durchmesserrichtung und um 47,10 Prozent in Dickenrichtung geschrumpft war und der auf 1200 Grad Celsius erhitzte Block um 29,09 Prozent in Durchmesserrichtung und um 51,70 Prozent in Dickenrichtung geschrumpft war.
Ein solches Isoliermaterial ist für den Gebrauch als thermisches Isoliermaterial bei einer Temperatur von 1100 Grad Celsius oder darüber nicht geeignet, da die resultierende Schrumpfung in Durchmesserrichtung mehr als 3,5 Prozent und die resultierende Schrumpfung in Dickenrichtung mehr als 15 Prozent beträgt. Es wird davon ausgegangen, dass dies in dem relativ hohen Siliziumoxidgehalt begründet ist.
BEISPIEL 2
Ein mikroporöses thermisches Isoliermaterial wurde durch Vermischen eines Gemischs aus 58,5 Gew.-% an pyrogenem Aluminiumoxid von Degussa mit der Bezeichnung ALOX C, 38,5 Gew.-% Zirkoniumsilikat und 3,0 Gew.-% an S-Glasfilamenten in einem Schaufelmischer hergestellt. Die Filamente und das Zirkoniumsilikat entsprachen den im 1. Beispiel beschriebenen.
Das Aluminiumoxid hatte einen spezifischen Nennoberflächenbereich von 100 m²/g laut Messung mit dem B.E.T-Verfahren.
Die Materialien wurden miteinander vermischt, um ein homogenes Gemisch zu erhalten.
Das Gemisch wurde auf eine Nenndichte von 330 kg/m³ verdichtet und wie im 1. Beispiel beschrieben getestet.
Nachdem die Blöcke abgekühlt waren, stellte man fest, dass der auf 1100 Grad Celsius erhitzte Block um 0,91 Prozent in Durchmesserrichtung und um 1,97 Prozent in Dickenrichtung geschrumpft war, der auf 1150 Grad Celsius erhitzte Block um 1,52 Prozent in Durchmesserrichtung und um 5,93 Prozent in Dickenrichtung geschrumpft war und der auf 1200 Grad Celsius erhitzte Block um 3,12 Prozent in Durchmesserrichtung und um 14,62 Prozent in Dickenrichtung geschrumpft war.
Folglich ist ein solches Material für den Gebrauch als thermisches Isoliermaterial bei einer Temperatur von 1150 Grad Celsius und sogar bis 1200 Grad Celsius geeignet.
BEISPIEL 3
Ein mikroporöses thermisches Isoliermaterial wurde durch Vermischen eines Gemischs aus 58,2 Gew.-% an pyrogenem Aluminiumoxid von Degussa mit der Bezeichnung „ALU 3", wobei das Aluminiumoxid einen spezifischen Nennoberflächenbereich von 130 m²/g laut Messung mit dem B.E.T.-Verfahren hatte, 38,8 Gew.-% Zirkoniumsilikat und 3,0 Gew.-% an S-Glasfilamenten in einem Schaufelmischer hergestellt.
Das Zirkoniumsilikat und die Glasfilamentmaterialien entsprachen den im 1. Beispiel beschriebenen.
Die Materialien wurden miteinander vermischt, um ein homogenes Gemisch zu erhalten.
Das Gemisch wurde auf eine Nenndichte von 500 kg/m³ verdichtet und wie im 1. Beispiel beschrieben bei einer Temperatur von 1100 Grad Celsius getestet.
Nachdem der Block abgekühlt war, stellte man fest, dass er um 1,52 Prozent in Durchmesserrichtung und um 2,80 Prozent in Dickenrichtung geschrumpft war. Eine Extrapolation der Schrumpfungsdaten auf der Basis der im 2. Beispiel erhaltenen Daten zeigt, dass dieses Material bei 1150 Grad Celsius eine Schrumpfung von weniger als 3,5 Prozent in Durchmesserrichtung und weniger als 15 Prozent in Dickenrichtung aufweisen würde.
Folglich ist ein solches Material für den Gebrauch als thermisches Isoliermaterial bei einer Temperatur von 1150 Grad Celsius geeignet.
BEISPIEL 4 (KOMPARATIV)
Eine Reihe mikroporöser thermischer Isoliermaterialien wurde durch Vermischen eines Gemischs aus 58,2 Gew.-% an pyrogenem Aluminiumoxid, 38,8 Gew.-% eines partikulären Trübungsmittels, ausgewählt aus Titandioxid (bekannt als Rutil) und Siliziumcarbid, und 3,0 Gew.-% an S-Glasfilamenten in einem Schaufelmi scher hergestellt. Die Filamente entsprachen den im 1. Beispiel beschriebenen und das pyrogene Aluminiumoxid entsprach dem im 2. Beispiel beschriebenen.
Das Titandioxid hatte eine maximale Nennpartikelgröße von 9 Mikron und wurde von Eggerding bezogen.
Das Siliziumcarbid war von einer Qualität, die der Fachperson als F1000 Green bekannt ist, und wurde von Washington Mills bezogen.
Die Materialien wurden miteinander vermischt, um homogene Gemische zu erhalten.
Die Gemische wurden auf eine Nenndichte von 450 kg/m³ verdichtet und wie im 1. Beispiel beschrieben bei einer Temperatur von 1100 und 1150 Grad Celsius getestet.
Nachdem die Blöcke abgekühlt waren, stellte man fest, dass bei dem aus Titandioxid bestehenden Isoliermaterial der auf 1100 Grad Celsius erhitzte Block um 2,07 Prozent in Durchmesserrichtung und um 25,52 Prozent in Dickenrichtung geschrumpft war und der auf 1150 Grad Celsius erhitzte Block um 2,49 Prozent in Durchmesserrichtung und um 30,25 Prozent in Dickenrichtung geschrumpft war.
Ein solches Isoliermaterial ist für den Gebrauch bei einer Temperatur von 1100 Grad Celsius oder darüber nicht geeignet, da die resultierende Schrumpfung in Dickenrichtung mehr als 15 Prozent beträgt.
Bei dem aus Siliziumcarbid bestehenden Isoliermaterial schrumpfte der auf 1100 Grad Celsius erhitzte Block um 2,66 Prozent in Durchmesserrichtung und der auf 1150 Grad Celsius erhitzte Block um 4,16 Prozent in Durchmesserrichtung. Für das Isoliermaterial aus Siliziumcarbid wurden keine Dickenschrumpfungsmesswerte aufgezeichnet.
Ein solches Isoliermaterial ist für den Gebrauch bei einer Temperatur von 1150 Grad Celsius nicht geeignet, da die resultierende Schrumpfung in Durchmesserrichtung über 3,5 Prozent liegt.
Man geht davon aus, dass die übermäßige Schrumpfung bei diesen Materialien in der Verwendung von Titandioxid und Siliziumcarbid als partikuläre Trübungsmittel begründet ist.
BEISPIEL 5
Ein mikroporöses thermisches Isoliermaterial wurde durch Vermischen eines Gemischs aus 60 Gew.-% an pyrogenem Aluminiumoxid, 33,3 Gew.-% Zirkoniumsilikat und 6,7 Gew.-% an polykristallinem Aluminiumoxidfilament von Dyson Fibres Limited unter dem Warenzeichen SAFFIL in einem Schaufelmischer hergestellt.
Das pyrogene Aluminiumoxid entsprach dem im 2. Beispiel beschriebenen und das Zirkoniumsilikat entsprach dem im 1. Beispiel beschriebenen.
Die polykristallinen Aluminiumoxidfilamente hatten einen Filamentnenndurchmesser von 5 Mikron und im Wesentlichen die folgende Zusammensetzung:

SiO₂ 3,94 Gew.-%

Al₂O₃ 95,58 Gew.-%

B₂O₃ 0,05 Gew.-%

MgO 0,02 Gew.-%

CaO 0,03 Gew.-%

Na₂O & K₂O 0,29 Gew.-%

Fe₂O₃ 0,03 Gew.-%

zusammen mit unwesentlichen Inhaltsstoffen und Unreinheiten.
Die Materialien wurden miteinander um einem homogenen Gemisch vermischt.
Das Gemisch wurde auf eine Nenndichte von 370 kg/m³ verdichtet und bei einer Temperatur von 1100 und 1200 Grad Celsius wie im 1. Beispiel beschrieben getestet.
Nachdem die Blöcke abgekühlt waren, stellte man fest, dass der auf 1100 Grad Celsius erhitzte Block um 0,05 Prozent in Durchmesserrichtung und um 2,10 Prozent in Dickenrichtung geschrumpft war und der auf 1200 Grad Celsius erhitzte Block um 2,40 Prozent in Durchmesserrichtung und um 13,70 Prozent in Dickenrichtung geschrumpft war.
Folglich ist ein solches Material für den Gebrauch als thermisches Isoliermaterial bei einer Temperatur von bis 1200 Grad Celsius geeignet.
BEISPIEL 6
Ein mikroporöses thermisches Isoliermaterial wurde mit den Komponenten aus dem 5. Beispiel durch Vermischen eines Gemischs aus 50,0 Gew.-% an pyrogenem Aluminiumoxid, 30,0 Gew.-% Zirkoniumsilikat und 20,0 Gew.-% an polykristallinem Aluminiumoxidfilament in einem Schaufelmischer hergestellt.
Die Materialien wurden miteinander zu einem homogenen Gemisch vermischt.
Das Gemisch wurde auf eine Nenndichte von 450 kg/m³ verdichtet und bei einer Temperatur von 1150 Grad Celsius wie im 1. Beispiel beschrieben getestet.
Nachdem der Block abgekühlt war, stellte man fest, dass der Block um 0,34 Prozent in Durchmesserrichtung und um 3,65 Prozent in Dickenrichtung geschrumpft war.
Folglich ist ein solches Material für den Gebrauch als thermisches Isoliermaterial bei einer Temperatur von wenigstens 1150 Grad Celsius geeignet.
BEISPIEL 7
Ein mikroporöses thermisches Isoliermaterial wurde mit den Komponenten aus dem 5. Beispiel durch Vermischen eines Gemischs aus 57,1 Gew.-% an pyrogenem Aluminiumoxid, 38,1 Gew.-% Zirkoniumsilikat und 4,8 Gew.-% an polykristallinem Aluminiumoxidfilament in einem Schaufelmischer hergestellt.
Die Materialien wurden miteinander zu einem homogenen Gemisch vermischt.
Das Gemisch wurde auf eine Nenndichte von 450 kg/m³ verdichtet und bei einer Temperatur von 1100 und 1150 Grad Celsius wie im 1. Beispiel beschrieben getestet.
Nachdem die Blöcke abgekühlt waren, stellte man fest, dass der auf 1100 Grad Celsius erhitzte Block um 0,28 Prozent in Durchmesserrichtung und um 2,70 Prozent in Dickenrichtung geschrumpft war und der auf 1150 Grad Celsius erhitzte Block um 0,67 Prozent in Durchmesserrichtung und um 6,50 Prozent in Dickenrichtung geschrumpft war.
Folglich ist ein solches Material für den Gebrauch als thermisches Isoliermaterial bei einer Temperatur von wenigstens 1150 Grad Celsius geeignet.
BEISPIEL 8
Ein mikroporöses thermisches Isoliermaterial wurde mit den Komponenten aus dem 5. Beispiel durch Vermischen eines Gemischs aus 75,0 Gew.-% an pyrogenem Aluminiumoxid, 17,5 Gew.-% Zirkoniumsilikat und 7,5 Gew.-% an polykristallinem Aluminiumoxidfilament in einem Schaufelmischer hergestellt.
Die Materialien wurden miteinander zu einem homogenen Gemisch vermischt.
Das Gemisch wurde auf eine Nenndichte von 450 kg/m³ verdichtet und bei einer Temperatur von 1150 Grad Celsius wie im 1. Beispiel beschrieben getestet.
Nachdem der Block abgekühlt war, stellte man fest, dass er um 2,06 Prozent in Durchmesserrichtung und um 14,32 Prozent in Dickenrichtung geschrumpft war.
Folglich ist ein solches Material für den Gebrauch als thermisches Isoliermaterial bei einer Temperatur von wenigstens 1150 Grad Celsius geeignet.
BEISPIEL 9
Ein mikroporöses thermisches Isoliermaterial wurde mit den Komponenten aus dem 5. Beispiel durch Vermischen eines Gemischs aus 42,0 Gew.-% an pyrogenem Aluminiumoxid, 55,0 Gew.-% Zirkoniumsilikat und 3,0 Gew.-% an polykristallinem Aluminiumoxidfilament in einem Schaufelmischer hergestellt.
Die Materialien wurden miteinander zu einem homogenen Gemisch vermischt.
Das Gemisch wurde auf eine Nenndichte von 450 kg/m³ verdichtet und bei einer Temperatur von 1150 Grad Celsius wie im 1. Beispiel beschrieben getestet.
Nachdem der Block abgekühlt war, stellte man fest, dass der Block um 0,64 Prozent in Durchmesserrichtung und um 2,70 in Dickenrichtung geschrumpft war.
Folglich ist ein solches Material für den Gebrauch als thermisches Isoliermaterial bei einer Temperatur von wenigstens 1150 Grad Celsius geeignet.
BEISPIEL 10 (KOMPARATIV)
Ein mikroporöses thermisches Isoliermaterial wurde durch Vermischen eines Gemischs aus 57,1 Gew.-% an pyrogenem Aluminiumoxid, 38,1 Gew.-% Titandioxid und 4,8 Gew.-% an polykristallinem Aluminiumoxidfilament in einem Schaufelmischer hergestellt.
Das Aluminiumoxid entsprach dem im 2. Beispiel beschriebenen, das Titandioxid entsprach dem im 4. Beispiel beschriebenen und das polykristalline Aluminiumoxidfilament entsprach dem im 5. Beispiel beschriebenen.
Die Materialien wurden miteinander zu einem homogenen Gemisch vermischt.
Das Gemisch wurde auf eine Nenndichte von 450 kg/m³ verdichtet und bei 1150 Grad Celsius wie im 1. Beispiel beschrieben getestet.
Nachdem der Block abgekühlt war, stellte man fest, dass er um 2,27 Prozent in Durchmesserrichtung und um 28,00 Prozent in Dickenrichtung geschrumpft war.
Ein Vergleich der Ergebnisse der Beispiele 5 bis 10 zeigt, dass infolge der Verwendung von Titandioxid in dem Gemisch anstelle von Zirkon das im 10. Beispiel beschriebene Material für den Gebrauch als thermisches Isoliermaterial bei einer Temperatur von 1150 Grad Celsius nicht geeignet ist, da die resultierende Schrumpfung in Dickenrichtung mehr als 15 Prozent beträgt.
BEISPIEL 11 (KOMPARATIV)
Ein mikroporöses thermisches Isoliermaterial wurde durch Vermischen eines Gemischs aus 90,0 Gew.-% an pyrogenem Aluminiumoxid, 7,0 Gew.-% Zirkoniumsilikat und 3,0 Gew.-% an polykristallinem Aluminiumoxidfilament in einem Schaufelmischer hergestellt.
Das Aluminiumoxid entsprach dem im 2. Beispiel beschriebenen, das Zirkoniumsilikat entsprach dem im 1. Beispiel beschriebenen und das polykristalline Aluminiumoxidfilament entsprach dem im 5. Beispiel beschriebenen.
Die Materialien wurden miteinander zu einem homogenen Gemisch vermischt.
Das Gemisch wurde auf eine Nenndichte von 450 kg/m³ verdichtet und bei 1150 Grad Celsius wie im 1. Beispiel beschrieben getestet.
Nachdem der Block abgekühlt war, stellte man fest, dass er um 4,30 Prozent in Durchmesserrichtung und um 14,45 Prozent in Dickenrichtung geschrumpft war.
Das im 11. Beispiel beschriebene Material ist für den Gebrauch als thermisches Isoliermaterial bei einer Temperatur von 1150 Grad Celsius nicht geeignet, da die resultierende Schrumpfung in Durchmesserrichtung mehr als 3,5 Prozent beträgt. Man geht davon aus, dass dies in der relativ hohen Menge des pyrogenen Aluminiumoxids und der relativ geringen Menge des Zirkoniumsilikats in dem Gemisch im Vergleich zu den in den Beispielen 5 bis 9 beschriebenen Gemischen begründet ist.
BEISPIEL 12 (KOMPARATIV)
Ein mikroporöses thermisches Isoliermaterial wurde durch Vermischen eines Gemischs aus 80,0 Gew.-% an pyrogenem Aluminiumoxid, 17,0 Gew.-% Zirkoniumsilikat und 3,0 Gew.-% an polykristallinem Aluminiumoxidfilament in einem Schaufelmischer hergestellt.
Das Aluminiumoxid entsprach dem im 2. Beispiel beschriebenen, das Zirkoniumsilikat entsprach dem im 1. Beispiel beschriebenen und das polykristalline Aluminiumoxidfilament entsprach dem im 5. Beispiel beschriebenen.
Die Materialien wurden miteinander zu einem homogenen Gemisch vermischt.
Das Gemisch wurde auf eine Nenndichte von 450 kg/m³ verdichtet und bei 1150 Grad Celsius wie im 1. Beispiel beschrieben getestet.
Nachdem der Block abgekühlt war, stellte man fest, dass der Block um 3,72 Prozent in Durchmesserrichtung und um 4,30 Prozent in Dickenrichtung geschrumpft war.
Das im 12. Beispiel beschriebene Material ist für den Gebrauch als thermisches Isoliermaterial bei einer Temperatur von 1150 Grad Celsius nicht geeignet, da die resultierende Schrumpfung in Durchmesserrichtung mehr als 3,5 Prozent beträgt. Man geht davon aus, dass dies in der relativ hohen Menge an pyrogenem Aluminiumoxid und der relativ geringen Menge an Zirkoniumsilikat in dem Gemisch im Vergleich zu den in den Beispielen 5 bis 9 beschriebenen Gemischen begründet ist.
BEISPIEL 13
Ein mikroporöses thermisches Isoliermaterial wurde durch Vermischen eines Gemischs aus 60 Gew.-% an pyrogenem Aluminiumoxid, 33,3 Gew.-% Zirkoniumsilikat und 6,7 Gew.-% an Calciummagnesiumsilikatfilament von Thermal Ceramics unter dem Warenzeichen SUPERWOOL MAX 607 in einem Schaufelmischer hergestellt.
Das Aluminiumoxid entsprach dem im 2. Beispiel beschriebenen und das Zirkoniumsilikat entsprach dem im 1. Beispiel beschriebenen.
Die Calciummagnesiumsilikatfilamente hatten einen Nenndurchmesser von 3 Mikron und im Wesentlichen die folgende Zusammensetzung:

SiO₂ 65,38 Gew.-%

Al₂O₃ 0,10 Gew.-%

B₂O₃ 0,06 Gew.-%

MgO 14,66 Gew.-%

CaO 19,68 Gew.-%

Na₂O & K₂O 0,06 Gew.-%

Fe₂O₃ 0,05 Gew.-%

zusammen mit unwesentlichen Inhaltsstoffen und Unreinheiten.
Die Materialien wurden miteinander vermischt, um ein homogenes Gemisch zu erhalten.
Das Gemisch wurde auf eine Nenndichte von 450 kg/m³ verdichtet und bei einer Temperatur von 1100 und 1150 Grad Celsius wie im 1. Beispiel beschrieben getestet.
Nachdem die Blöcke abgekühlt waren, stellte man fest, dass der auf 1100 Grad Celsius erhitzte Block um 1,13 Prozent in Durchmesserrichtung und um 2,98 Prozent in Dickenrichtung geschrumpft war und der auf 1150 Grad Celsius erhitzte Block um 2,76 Prozent in Durchmesserrichtung und um 4,42 Prozent in Dickenrichtung geschrumpft war.
Folglich ist ein solches Material für den Gebrauch als thermisches Isoliermaterial bei einer Temperatur von wenigstens 1150 Grad Celsius geeignet.
BEISPIEL 14 (KOMPARATIV)
Ein mikroporöses thermisches Isoliermaterial wurde durch Vermischen eines Gemischs aus 60 Gew.-% an pyrogenem Aluminiumoxid, 33,3 Gew.-% Titandioxid und 6,7 Gew.-% an Calciummagnesiumsilikatfilament in einem Schaufelmischer hergestellt.
Das Aluminiumoxid entsprach dem im 2. Beispiel beschriebenen, das Titandioxid entsprach dem im 4. Beispiel beschriebenen und das Calciummagnesiumsilikatfilament entsprach dem im 13. Beispiel beschriebenen.
Die Materialien wurden miteinander zu einem homogenen Gemisch vermischt.
Das Gemisch wurde auf eine Nenndichte von 450 kg/m³ verdichtet und bei einer Temperatur von 1150 Grad Celsius wie im 1. Beispiel beschrieben getestet.
Nachdem der Block abgekühlt war, stellte man fest, dass der Block um 12,49 Prozent in Durchmesserrichtung und um 28,55 Prozent in Dickenrichtung geschrumpft war.
Ein solches Isoliermaterial ist für den Gebrauch als thermisches Isoliermaterial bei einer Temperatur von 1150 Grad Celsius nicht geeignet, da die resultierende Schrumpfung in Durchmesserrichtung größer als 3,5 Prozent und die resultierende Schrumpfung in Dickenrichtung größer als 15 Prozent ist. Man geht davon aus, dass dies in der Verwendung von Titandioxid begründet ist.
BEISPIEL 15
Ein mikroporöses thermisches Isoliermaterial wurde durch Vermischen eines Gemischs aus 40,0 Gew.-% an pyrogenem Aluminiumoxid (wie im 2. Beispiel beschrieben), 4,0 Gew.-% an pyrogenem Siliziumoxid (wie im 1. Beispiel beschrieben), 53,0 Gew.-% Zirkoniumsilikat und 3,0 Gew.-% an S-Glasfilamenten in einem Schaufelmischer hergestellt.
Das Zirkoniumsilikat und die Filamente entsprachen den im 1. Beispiel beschriebenen.
Die Materialien wurden miteinander zu einem homogenen Gemisch vermischt. Das vermischte Material umfasste ein physikalisches Gemisch aus Aluminiumoxid und Siliziumoxid im Wesentlichen in einem Gewichtsverhältnis von 100 Teilen Aluminiumoxid zu 10 Teilen Siliziumoxid.
Das Gemisch wurde auf eine Nenndichte von 450 kg/m³ verdichtet und bei einer Temperatur von 1150 Grad Celsius wie im 1. Beispiel beschrieben getestet.
Nachdem der Block abgekühlt war, stellte man fest, dass der Block um 2,41 Prozent in Durchmesserrichtung und um 10,71 Prozent in Dickenrichtung geschrumpft war.
Ein solches Material ist für den Gebrauch als thermisches Isoliermaterial bei einer Temperatur von 1150 Grad Celsius geeignet.
BEISPIEL 16
Ein mikroporöses thermisches Isoliermaterial wurde durch Vermischen eines Gemischs aus 40,0 Gew.-% an pyrogenem Aluminiumoxid (wie im 2. Beispiel beschrieben), 20,0 Gew.-% an pyrogenem Siliziumoxid (wie im 1. Beispiel beschrieben), 37,0 Gew.-% Zirkoniumsilikat und 3,0 Gew.-% an S-Glasfilamenten in einem Schaufelmischer hergestellt.
Das Zirkoniumsilikat und die Filamente entsprachen den im 1. Beispiel beschriebenen.
Die Materialien wurden miteinander zu einem homogenen Gemisch vermischt. Das gemischte Material umfasste ein physikalisches Gemisch aus Aluminiumoxid und Siliziumoxid im Wesentlichen in einem Gewichtsverhältnis von 100 Teilen Aluminiumoxid zu 50 Teilen Siliziumoxid.
Das Gemisch wurde auf eine Nenndichte von 450 kg/m³ verdichtet und bei einer Temperatur von 1150 Grad Celsius wie im 1. Beispiel beschrieben getestet.
Nachdem der Block abgekühlt war, stellte man fest, dass der Block um 2,21 Prozent in Durchmesserrichtung und um 10,28 Prozent in Dickenrichtung geschrumpft war.
Ein solches Material ist für den Gebrauch als thermisches Isoliermaterial bei einer Temperatur von 1150 Grad Celsius geeignet.
BEISPIEL 17
Ein mikroporöses thermisches Isoliermaterial wurde durch Vermischen eines Gemischs aus 58,5 Gew.-% an pyrogenem (oder abgerauchtem) Mischoxid von Degussa mit der Bezeichnung „pre-mullite", 38,5 Gew.-% Zirkoniumsilikat und 3,0 Gew.-% an S-Glasfilamenten in einem Schaufelmischer hergestellt.
Das Zirkoniumsilikat und die Filamente entsprachen den im 1. Beispiel beschriebenen.
Das pyrogene Mischoxid wurde über ein Parallelabrauchverfahren erzeugt, um ein Chemikaliengemisch aus Aluminiumoxid und Siliziumoxid im Wesentlichen in einem Gewichtsverhältnis von 100 Teilen Aluminiumoxid zu 35 Teilen Siliziumoxid zu bilden.
Folglich umfasste die Zusammensetzung des Materials 15,2 Gew.-% Siliziumoxid, 43,3 Gew.-% Aluminiumoxid, 38,5 Gew.-% Zirkoniumsilikat und 3,0 Gew.-% Filamente.
Die Materialien wurden miteinander zu einem homogenen Gemisch vermischt. Das Gemisch wurde auf eine Nenndichte von 320 kg/m³ verdichtet und wie im 1. Beispiel beschrieben erhitzt.
Nachdem die Blöcke abgekühlt waren, stellte man fest, dass der auf 1100 Grad Celsius erhitzte Block um 0,79 Prozent in Durchmesserrichtung und um 3,80 Prozent in Dickenrichtung geschrumpft war, der auf 1150 Grad Celsius erhitzte Block um 3,29 Prozent in Durchmesserrichtung und um 11,30 Prozent in Dickenrichtung geschrumpft war und der auf 1200 Grad Celsius erhitzte Block um 4,24 Prozent in Durchmesserrichtung und um 30,00 Prozent in Dickenrichtung geschrumpft war.
Ein solches Material ist für den Gebrauch als thermisches Isoliermaterial bei einer Temperatur von 1150 Grad Celsius, aber nicht für den Gebrauch bei 1200 Grad Celsius geeignet.
BEISPIEL 18 (KOMPARATIV)
Ein mikroporöses thermisches Isoliermaterial wurde durch Vermischen eines Gemischs aus 58,5 Gew.-% an pyrogenem (ansonsten als abgeraucht bekannt) Mischoxid von Degussa mit der Bezeichnung „F223", 38,5 Gew.-% Zirkoniumsilikat und 3,0 Gew.-% an S-Glasfilamenten in einem Schaufelmischer hergestellt.
Das Zirkoniumsilikat und die Filamente entsprachen den im 1. Beispiel beschriebenen.
Das pyrogene Mischoxid wurde über ein Parallelabrauchverfahren erzeugt, um ein Chemikaliengemisch aus Aluminiumoxid und Siliziumoxid im Wesentlichen in einem Gewichtsverhältnis von 19 Teilen Aluminiumoxid zu 100 Teilen Siliziumoxid zu bilden.
Folglich umfasste die Zusammensetzung des Materials 49,2 Gew.-% Siliziumoxid, 9,3 Gew.-% Aluminiumoxid, 38,5 Gew.-% Zirkoniumsilikat und 3,0 Gew.-% Filamente.
Die Materialien wurden miteinander zu einem homogenen Gemisch vermischt.
Das Gemisch wurde auf eine Nenndichte von 320 kg/m³ verdichtet und wie im 1. Beispiel beschrieben erhitzt.
Nachdem die Blöcke abgekühlt waren, stellte man fest, dass der auf 1100 Grad Celsius erhitzte Block um 7,91 Prozent in Durchmesserrichtung und um 31,70 Prozent in Dickenrichtung geschrumpft war, der auf 1150 Grad Celsius erhitzte Block um 16,53 Prozent in Durchmesserrichtung und um 40,90 Prozent in Dickenrichtung geschrumpft war und der auf 1200 Grad Celsius erhitzte Block um 22,46 Prozent in Durchmesserrichtung und um 53,30 Prozent in Dickenrichtung geschrumpft war.
Das im 18. Beispiel beschriebene Material ist für den Gebrauch als thermisches Isoliermaterial bei einer Temperatur von 1100 Grad Celsius oder darüber nicht geeignet, da die resultierende Schrumpfung in Durchmesserrichtung größer als 3,5 Prozent und die resultierende Schrumpfung in Dickenrichtung größer als 15 Prozent ist. Man geht davon aus, dass dies in der relativ geringen Menge von Aluminiumoxid in dem Gemisch im Vergleich zu den in den Beispielen 15 bis 17 beschriebenen Gemischen begründet ist.
In den Beispielen 2, 3, 15 und 16 wird zwar zum Beispiel S-Glasfilament verwendet, doch können andere Glasfilamente verwendet werden, die im Wesentlichen die folgende Zusammensetzung haben:

SiO₂ 64 bis 66 Gew.-%

Al₂O₃ 23 bis 26 Gew.-%

B₂O₃ weniger als 0,1 Gew.-%

MgO 9 bis 11 Gew.-%

CaO 0,1 bis 0,3 Gew.-%

Na₂O & K₂O weniger als 0,3 Gew.-%

Fe₂O₃ weniger als 0,3 Gew.-%

zusammen mit unwesentlichen Inhaltsstoffen und Unreinheiten.
Die polykristallinen Aluminiumoxidfilamente können im Wesentlichen die folgende Zusammensetzung haben:

SiO₂ 3 bis 4 Gew.-%

Al₂O₃ 95 bis 96 Gew.-%

B₂O₃ 0,01 bis 0,06 Gew.-%

MgO 0,01 bis 0,03 Gew.-%

CaO 0,02 bis 0,04 Gew.-%

Na₂O & K₂O 0,25 bis 0,35 Gew.-%

Fe₂O₃ 0,02 bis 0,04 Gew.-%

Das in den Beispielen beschriebene mikroporöse thermische Isoliermaterial gemäß der vorliegenden Erfindung hat im Wesentlichen die folgende Zusammensetzung:
40 bis 75 Gew.-% Aluminiumoxid,
17,5 bis 60 Gew.-% Trübungsmittel und
3 bis 20 Gew.-% Filament
Mikroporöses thermisches Isoliermaterial gemäß der vorliegenden Erfindung könnte im Wesentlichen die folgende Zusammensetzung haben:
40 bis 75 Gew.-% Aluminiumoxid,
17,5 bis 60 Gew.-% Trübungsmittel und
0,5 bis 20 Gew.-% Filament
Alternativ könnte das mikroporöse thermische Isoliermaterial im Wesentlichen die folgende Zusammensetzung haben:
40 bis 70 Gew.-% Aluminiumoxid,
25 bis 50 Gew.-% Trübungsmittel und
1 bis 10 Gew.-% Filament
Alternativ hat das in den Beispielen beschriebene mikroporöse thermische Isoliermaterial gemäß der vorliegenden Erfindung im Wesentlichen die folgende Zusammensetzung:
50 bis 60 Gew.-% Aluminiumoxid,
25 bis 50 Gew.-% Trübungsmittel und
1 bis 10 Gew.-% Filament
Das Gewichtsverhältnis zwischen Aluminiumoxid und Siliziumoxid ist in den Beispielen 15 bis 17 im Wesentlichen in einem Bereich von 100 Teilen Aluminiumoxid zu bis zu 50 Teilen Siliziumoxid angegeben. Vorzugsweise kann das Gewichtsverhältnis zwischen Siliziumoxid und Aluminiumoxid in einem Bereich von 100 Teilen Aluminiumoxid zu 50 Teilen Siliziumoxid bis 100 Teile Aluminiumoxid zu 30 Teilen Siliziumoxid liegen.

Claims

Mikroporöses thermisch isolierendes Material, dadurch gekennzeichnet, dass es Folgendes umfasst: 40 bis 75 Gew.-% Aluminiumoxid, ein Zirconiumsilikattrübungsmittel und Filamente, ausgewählt aus Calciummagnesiumsilikatfilamenten, polykristallinen Aluminiumoxidfilamenten, Glasfilamenten und Gemischen davon, wobei die Glasfilamente einen Boroxidgehalt von weniger als 1 Gew.-% und einen kombinierten Natriumoxid- und Kaliumoxidgehalt von weniger als 1 Gew.-% haben.
Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Aluminiumoxid pyrogen ist.
Material nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das thermisch isolierende Material Folgendes umfasst: 40 bis 75 Gew.-% Aluminiumoxid, 17,5 bis 60 Gew.-% Trübungsmittel und 0,5 bis 20 Gew.-% Filament.
Material nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das thermisch isolierende Material Folgendes umfasst: 40 bis 70 Gew.-% Aluminiumoxid, 25 bis 50 Gew.-% Trübungsmittel und 1 bis 10 Gew.-% Filament.
Material nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das thermisch isolierende Material Folgendes umfasst: 50 bis 60 Gew.-% Aluminiumoxid, 25 bis 50 Gew.-% Trübungsmittel und 1 bis 10 Gew.-% Filament.
Material nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Glasfilamente im Wesentlichen die folgende Zusammensetzung haben: SiO₂ 64 bis 66 Gew.-% Al₂O₂ 23 bis 26 Gew.-% B₂O₃ weniger als 0,1 Gew.-% MgO 9 bis 11 Gew.-% CaO 0,1 bis 0,3 Gew.-% Na₂O & K₂O weniger als 0,3 Gew.-% Fe₂O₃ weniger als 0,3 Gew.-%
Material nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Glasfilamente S-Glasfilamente sind.
Material nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die polykristallinen Aluminiumoxidfilamente im Wesentlichen die folgende Zusammensetzung haben: SiO₂ 3 bis 4 Gew.-% Al₂O₃ 95 bis 96 Gew.-% B₂O₃ 0,01 bis 0,06 Gew.-% MgO 0,01 bis 0,03 Gew.-% CaO 0,02 bis 0,04 Gew.-% Na₂O & K₂O 0,25 bis 0,35 Gew.-% Fe₂O₃ 0,02 bis 0,04 Gew.-%
Material nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Calciummagnesiumsilikatfilamente im Wesentlichen die folgende Zusammensetzung haben: SiO₂ 50 bis 70 Gew.-% Al₂O₃ 0,05 bis 0,2 Gew.-% B₂O₃ weniger als 0,07 Gew.-% MgO 10 bis 20 Gew.-% CaO 15 bis 25 Gew.-% Na₂O & K₂O weniger als 0,06 Gew.-% Fe₂O₃ weniger als 0,1 Gew.-%
Material nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das thermisch isolierende Material amorphes Siliziumoxid beinhaltet.
Material nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das amorphe Siliziumoxid pyrogenes Siliziumoxid ist.
Material nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das amorphe Siliziumoxid parallel mit dem Aluminiumoxid abgeraucht wird.
Material nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewichtsverhältnis zwischen Siliziumoxid und Aluminiumoxid in einem Bereich von 100 Teilen Aluminiumoxid zu bis zu 50 Teilen Siliziumoxid liegt.
Material nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewichtsverhältnis zwischen Siliziumoxid und Aluminiumoxid in einem Bereich von 100 Teilen Aluminiumoxid zu 50 Teilen Siliziumoxid bis 100 Teile Aluminiumoxid zu 30 Teilen Siliziumoxid liegt.